11. Ионизирующие излучения. Активность радионуклида. Экспозиционная, поглощенная, эквивалентная, эффективная дозы излучения.

Естественный радиационный фон обусловлен кос­мическим излучением, приходящим к нам из меж­звездного пространства, и естественными радиоак­тивными веществами, распределенными на поверх­ности и в недрах земли, в атмосфере, растениях и ор­ганизме всех живых существ. Космическое излучение и радиоактивные вещества, находящиеся в окружаю­щей среде, являются источниками внешнего излуче­ния. Радиоактивные вещества, содержащиеся в теле человека или поступающие в организм с вдыхаемым воздухом, пищей или водой, обуславливают внутрен­нее облучение.

Самопроизвольное (спонтанное) превращение не­устойчивых атомных ядер в ядра другого типа, сопровождающееся испусканием частиц или гамма-кван­тов, называется радиоактивностью. Атомы (нуклиды), обладающие радиоактивностью, называются радионуклидами. Известны четыре типа радиоактивности: альфа-распад; бета-распад; спон­танное деление ядер; протонная радиоактивность (предсказаны, но еще не наблюдались двухпротонная и двухнейтронная радиоактивность).

Мерой радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетиче­ском состоянии в данный момент времени, является активность: гдеdN — ожидаемое число спонтанных ядерных пре­вращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt.

Единицей активности является беккерель (Бк); 1 Бк равен одному распаду в секунду.

Испускаемые в процессе ядерных превращений (радиоактивный распад, различного типа ядерные ре­акции) альфа- или бета-частицы, нейтроны и другие элементарные частицы, а также гамма-излучение, представляют собой ионизирующие излучения, кото­рые в процессе взаимодействия со средой, через ко­торую они проходят, производят ионизацию и возбу­ждение атомов и молекул вещества, т. е. образуют электрические заряды разных знаков.

До настоящего времени для характеристики радиа­ционной обстановки, формируемой рентгеновским или гамма-излучением, используется внесистемная единица рентген. Рентген (Р) — это единица экспозиционной дозы рентгеновского или гамма-излуче­ния, которая определяет его ионизирующую способ­ность в воздухе. При дозе 1 Р в 1 см³ воздуха образу­ется 2,082×10⁹ пар ионов или в 1 г воздуха — 1,61×10¹² пар ионов. Экспозиционная доза - это доза излучения в воздухе, она характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующих излучений при общем и равномерном излечения тела человека, т.е. хар-ет ионизирующую способность проникающего излучения. При экспозиционной дозе в 1 Р в месте измерения эквивалентную дозу с достаточной степенью точно­сти можно принять равной 0,013 Зв.

При воздействии на объект факторов любой при­роды в нем будут происходить изменения. Такие из­менения происходят и под воздействием ионизирую­щих излучений. Для установления количественной связи между уровнем воздействия излучений и полу­чаемым эффектом введена система единиц, элемен­тарное представление о которой необходимо для объ­ективной оценки радиационной обстановки и выбора средств защиты.

Чем больше ионизировано атомов и молекул в облучаемой среде, т. е. чем больше величина поглощенной энер­гии ионизирующего излучения, тем больше и ожи­даемый эффект. Поэтому в качестве характеристики меры воздействия ионизирующего излучения на ве­щество используется величина — поглощенная доза D. Она характеризует поглощенную энергию ионизи­рующего излучения в единице массы вещества:

где - средняя энергия, переданная ионизирую­щим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме;dm - масса вещества в этом объеме.

Энергия может быть усреднена по любому опре­деленному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема.Единицей поглощенной дозы Международной системой единиц (СИ) установлен грей (Гр); 1 Гр со­ответствует поглощению 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества 1 кг, т. е. 1Гр=1Дж/кг.

Поглощенная доза является основной дозиметри­ческой величиной, характеризующей не само излуче­ние, а его воздействие на вещество. Однако погло­щенная доза не может служить мерой, характеризую­щей уровень биологического действия ионизирующе­го излучения на живой организм, который зависит не только от величины поглощенной энергии, но и це­лого ряда других параметров, обусловленных харак­тером и условиями облучения (равномерность рас­пределения поглощенной дозы в организме, дроб­ность облучения, мощность дозы и т. д.). Но главным фактором является плотность ионизации (число пар ионов, образованных на единице пути) или линейные потери энергии. Поскольку число пар ионов, образо­ванных на единице пути, в веществе у альфа-частиц существенно больше, чем у бета-частиц (электронов), биологический эффект при одной и той же дозе (ве­личине поглощенной энергии) будет больше при об­лучении альфа-частицами, чем бета-частицами или гамма-излучением.

Если организм подвергся воздействию различных видов излучения, применяют понятие эквивалентной дозы Н_T,R, под которой понимают среднюю поглощенную дозу D_T,R в органе или ткани Т, умноженную на соответствующий взвешивающий коэф-нт W_R для данного излучения R: Н_Т,R=D_T,R×W_R. Если поток излучения состоит из нескольких излучений с различными W_R, то эквивалетнтная доза определяется суммой экв-х доз от излучений R.

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ явл. зиверт (Зв). Один зиверт равен эквивалентной дозе, при которой про­изведение поглощенной дозы в биологической ткани на взвешивающий коэффициент равно 1 Дж/кг. Внесистемной единицей эквивалентной дозы яв­ляется бэр (биологический эквивалент рада): 1 бэр — 0,01 Зв или 1 Зв = 100 бэр.

Эквивалентная доза — основная дозиметрическая величина в области радиационной безопасности, вве­денная для оценки возможного ущерба здоровью че­ловека от хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава. Эквивалентная до­за может быть использована и при кратковременном воздействии, когда ее значение не превышает 0,5 Зв (50 бэр).

Поскольку органы и ткани человека обладают раз­личной радиочувствительностью, то для оценки рис­ка возникновения отдаленных последствий при облу­чении всего организма или отдельных органов ис­пользуется понятие эффективной эквивалентной до­зы Е (т.е. явл. мерой риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов). Единица этой дозы — зиверт (Зв). Она также как и эквивалентная доза применима только для хро­нического облучения в малых дозах и является мерой оценки ущерба для здоровья по выходу отдаленных последствий. По определению:

где Н_т — эквивалентная доза в органе или ткани Т, a W_T — взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т, который характеризует относительный риск на единицу дозы по выходу отдаленных последствий при облучении данного органа по отношению к об­лучению всего тела.